喷涂层对十字接头焊趾裂纹应力强度因子的影响

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1、第!"卷#第!期焊接学报6789!"###)79!!$$%年!月&’()*(+&,-)*-.&/0+/,)(1023,)4,)*&,&5&,-).:;<=>

2、降低。对于确定的裂纹尺寸、形状，裂纹尖端的应力强度因子随涂层弹性模量的增加而降低。当!BC!DE$9%，二维模型中"#$E$9F!G时，喷涂后裂纹尖端应力强度因子降低了%!9GH；三维模型中"#$E$9F!G，"#%E$9!时，喷涂后裂纹尖端的应力强度因子降低了I!9%H。关键词：应力强度因子；有限元分析；焊接接头；等离子喷涂中图分类号：&4I$G##文献标识码：(##文章编号：$!G@J@%$K（!$$%）$!JLGJ$I张中平$#序##言重要参量。焊接接头中应力强度因子的一般表达［G］式为试验表明，在交变载荷作用下，非承载十字接头!&’()*+!""，（F）往往在焊趾处失效，一方面是由于

3、焊接接头几何形式中：()为因焊接接头存在而引起的应力强度因子状突变，另一方面在焊接接头中，尤其是在焊趾处，修正系数；*指无量纲的裂纹形状修正系数；+为施不可避免地存在夹渣、切口、咬边、微裂纹等缺陷。加的应力范围。国内外学者对系数()的计算及其焊接缺陷，特别是二维缺陷，加剧了接头焊趾处的应表达式的拟合进行了大量的研究工作。［F］力集中，对焊接结构的疲劳性能影响很大。国内N>

4、短，整个构件的疲劳寿命基本由裂纹扩展寿命决Q"-E（%!&,），（!）定。在进行轴向非承载十字焊接头疲劳试验时，发Q,现疲劳裂纹往往在焊趾处萌生，以,形裂纹扩展。式中：!&,为应力强度因子范围（!&E&R>SJ&ROT）；因此研究焊接裂纹的扩展对结构寿命估算具有重要%、-是与材料有关的常数。可见在交变载荷作用意义。下，应力强度因子幅值&&是控制疲劳裂纹扩展的在接头焊趾处等离子喷涂低弹性模量涂层可改重要力学参量。善截面形状变化，降低该处的应力集中，提高焊接结焊趾处的缺陷主要包括生产过程中形成的裂构的疲劳强度。国内外学者对焊趾处微裂纹应力强纹、气孔、夹渣、未熔合等，以及在服役过程中产生的度因子的

5、计算及其表达式的拟合进行了大量的研究疲劳裂纹、腐蚀裂纹等。在一些标准中把不连续性［!M%］工作，但是，目前还很少报道有关低弹性模量涂缺陷分为平面不连续性和体积不连续性。此时裂层对焊趾处微裂纹应力强度因子影响的报道。应用纹、未熔合、未焊透和其它类型裂纹缺陷属于平面不大型有限元分析软件()*A*，计算等离子喷涂前后连续性缺陷；在不同的标准中，平面缺陷均以包络它非承载十字焊接头焊趾处微裂纹尖端应力强度因子。的矩形高度予以理想化，并以此作为适于使用原则安全评定的缺陷尺寸，对表面缺陷其尺寸为"（高F#断裂参量的数值模拟度）和!（%长度），对埋藏缺陷其尺寸为!"和!%。为了进行应力强度因子计算，表面缺陷

6、和埋藏缺陷均应力强度因子是衡量裂纹尖端区应力场强度的分别假定为半椭圆形裂纹和椭圆形埋藏裂纹。研究表明，对于表面缺陷和埋藏缺陷，高度尺寸起主要收稿日期：!$$GJ$%J!$#!"焊#接#学#报第$%卷影响。化的整体模型，需要将模型分为多个几何面，分别进研究的焊趾裂纹属于表面缺陷，其尺寸为!（高行有限元网格划分，图7显示了!’$’*6&$8时断裂度）和$（"长度）。但在焊接接头部位进行等离子喷模型在裂纹尖端附近的单元划分情况。涂后，焊趾裂纹则由表面缺陷转换为埋藏缺陷。为了便于计算结果比较，仍使用喷涂前的表面裂纹尺寸来描述喷涂后的埋藏裂纹，即计算时采用的埋藏裂纹尺寸为!#$"。$#有限元模型分别用

7、二维和三维有限元模型计算了焊趾裂纹的应力强度因子。计算采用的接头结构见图&，模图6"二维有限元模型型中的裂纹均位于焊趾部位，且垂直于试样表面扩#$%&6"78,9*$4(-/$,-3):$-$.(()(4(-.4,*()/展。板厚$’!((，宽度%’)*((，施加的应力大小为!’&**+,-，方向如图中所示。计算是在以下假设条件下进行的。（&）假定试样所用材料为&./&!01231不锈钢，［%］弹性模量&4’